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动态路由——OSPF 理论篇 (二)

2019-09-16 17:39 1351 查看

OSPF路由协议

OSPF路由协议概述

内部网关协议和外部网关协议

自治系统（
```
AS
```
）：每一个区域就是一个自治系统
内部网关协议（
```
IGP
```
）：每一个区域内的协议叫内部网关协议
外部网关协议（
```
EGP
```
）：区域之间的网络连接协议叫做外部网关协议

OSPF

（开放式最短路径优先）是一个内部网关协议（简称

IGP

），用于在单一自治系统（

AS

）内决策路由。是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（

IGP

），故运作于自治系统内部。

OSPF工作过程

邻居列表
链路状态数据表
路由表

建立邻接关系⟶链路状态数据库（学习链路状态信息）⟶最短路径树（

Dijkstra

算法）⟶路由表

OSPF区域

为了适应大型的网络，
```
OSPF
```
在
```
AS
```
内划分多个区域
每个
```
OSPF
```
路由只维护所在区域的完整链路状态信息

区域ID

区域
```
ID
```
可以表示成一个十进制的数字
也可以表示成一个
```
IP
```

AREA 0(骨干区域)

```
Area 0
```
属于核心(骨干区域)，骨干区域有且只有一个，每一个区域都和骨干区域相连
负责区域间路由信息传播

Router ID

```
OSPF
```
区域内唯一识别路由器的
```
IP
```
地址

Router ID选取规则

选取路由器
```
loopback
```
接口上数值最高的
```
IP
```
地址
如果没有
```
loopback
```
接口，在物理端口种选取
```
IP
```
地址最高的
也可以使用
```
router-id
```
命令指定
```
Router ID
```

DR和BDR

```
DR
```
：负责发送信息到其他所有
```
OSPF
```
路由器
```
BDR
```
：负责监控备份DR的状态，并在当前
```
DR
```
发生故障时接替其角色
```
DR
```
失效
```
BDR
```
顶替
```
DR
```
其他路由器（
```
DRothers
```
）只和
```
DR
```
及
```
BDR
```
形成邻接关系

DR和BDR的选举方法

自动选举
```
DR
```
和
```
BDR
```
网段上
```
Router ID
```
最大的路由器将被选举为
```
DR
```
，第二大的将被选举为
```
BDR
```

手工选择

DR

和

BDR

0~255

如果优先级相同，则需要比较
```
Router ID
```
如果路由器的优先级被设置为
```
0
```
，它将不参与
```
DR
```
和
```
DBR
```
的选举

DR和BDR的选举过程

路由器的优先级可以影响一个选举过程，但是它不能强制更换已经存在的
```
DR
```
或
```
BDR
```
路由器

OSPF的组播地址

224.0.0.5：负责将信息发送给下面的路由器
224.0.0.6：负责接受下面路由的信息

OSRF的度量值为COST

```
COST=10的8次方/BW
```
（百兆/带宽）
最短路径是基于接口指定的代价（
```
cost
```
）计算的

OSPF的数据报类型

OSPF数据包

承载在
```
IP
```
数据包内，使用协议号
```
89
```

OSPF的包类型

OSPF 的包类型	描述
Hello 包	用于发现和维持邻居关系，选举 DR 和 BDR
数据库描述包（ DBD ）	用于向邻居发送摘要信息以同步链路状态数据库
链路状态请求包（ LSR ）	在路由器收到包含新信息的 DBD 后发送，用于请求更详细的信息
链路状态更新包（ LSU ）	收到LSR后发送链路状态通告（ LAS ），一个 LSU 数据包可能包含几个 LSA
链路状态确认包（ LSAck ）	确认已经收到 LSU ，每个 LSA 需要被分别确认

OSPF启动的第一个阶段是使用Hello报文建立双向通信的过程

Down

状态：未激活状态，信息交互，后激活

Init

状态：初始化状态，发送信息进行交换

2-Way

状态：信息交互，并选出

DR

和

BDR

，单并未确认

DR

和

BDR

启动的第二个阶段是建立完全邻接关系

ExStart

状态：准启动状态，并确认

DR

和

BDR

；

Exchange

状态：交换状态，传输

DBD

和

LSAck

数据包

Loading

状态：传输

LSR

、

LSU(LSA)

、

LSAck

包

Full

状态：恒定状态，收敛

OSPF将网络划分为四种类型

点到点网络（
```
Point-to-Point
```
）
广播多路访问网络（
```
Broadcast Multiaccess，BMA
```
）
非广播多路访问网络（
```
None Broadcast Multiaccess，NBMA
```
）
点到多点网络（
```
Point-to-Multipoint
```
）

从以下几方面考虑OSPF的使用

网络规模
网络拓扑
其他特殊要求
路由器自身要求

OSPF的特点

可适应大规模网络
路由变化收敛速度块
无路由环
支持变长子网掩码VLSM
支持区域划分
支持以组播地址发送协议报

OSPF与RIP的比较

OSPF	RIP v1	RIP v2
链路状态路由协议	距离矢量路由协议	距离矢量路由协议
没有跳数的限制	RIP 的 15 跳限制，超过 15 跳	的路由被认为不可达
支持可变长子网掩码 (VLSM)	不支持可变长子网掩码 (VLSM)	支持可变长子网掩码 (VLSM)
收敛速度块	收敛速度慢	收敛速度慢
使用组播发送链路状态更新	周期性广播更新整个路由表	周期性广播更新整个路由表

OSPF配置命令

启动OSPF路由进程

router ospf process-id

指定OSPF协议运行的接口和所在的区域

network address inverse-mask area area-id

(反码)

修改接口的优先级

ip ospf priority priority

修改接口的Cost值

ip ospf cost cpst

查看路由表

show ip route

查看邻居列表及其状态

show ip ospf neighbor

查看OSPF的配置

show ip ospf

查看OSPF接口的数据结构

show ip ospf interface type number

现实场景中哪个做DR哪个先启动

OSPF多区域原理与配置

生成OSPF多区域的原因

改善网络的可扩展性
快速收敛

OSPF的三种通信量

区域通信量

单个区域的路由之间交换数据包构成的通信量

域间通信量（

ABR

路由）

不同区域的路由器之间交换数据包构成的通信量

外部通信量（

ASBR

路由）

```
OSPF
```
域内的路由器与
```
OSPF
```
区域外或另一个自治系统内的路由器之间交换数据包构成的通信量

OSPF路由类型

区域边界路由器
```
ABR
```
自治系统边界路由器
```
ASBR
```

OSPF区域类型

骨干区域
```
Area 0
```
非骨干区域——根据能够学习的路由种类来区分
标准区域
末梢区域
```
（stub）
```
完全末梢
```
（Totally stubby）
```
区域
非纯末梢区域
```
（NSSA）
```

不同的末梢区域中跑的是不同的是

LSA

OSPF链路状态数据库的组成

每个路由器都创建了由每个接口、对应的相邻节点和接口速度组成的数据库
链路状态数据库中没个条目称为
```
LSA
```
（链路状态通告），常见的有六种
```
LSA
```
类型

链路状态通告（LSA）类型

类型代码	描述	用途
Type 1	路由器 LSA	由区域内的路由器发出的（所有路由器都会发出）（交互链路状态）
Type 2	网络 LSA	由区域内的DR发出的（宣告网络状态信息）（1和2每个区域都有）
Type 3	网络汇总 LSA	ABR 发出的，其他区域的汇总链路通告（区域间路由信息汇总，跨区域传输）
Type 4	ASBR 汇总 LSA	ABR 发出的，用于通告ASBR信息（告诉其他路由 ASBR 位置）
Type 5	AS 外部 LSA	ASBR 发出的，用于通告外部路由（通告外部路由网段信息，收集外部网段信息）
Type 7	NSSA 外部 LSA	NSSA 区域内的 ASBR 发出的，用于通告本区域连接的外部路由（只在 NSSA 区域内存在）

每一种区域种允许泛洪的LSA

区域类型	1&2	3	4&5	7
骨干区域（区域 0 ）	允许	允许	允许	不允许
非骨干区域，非末梢区域	允许	允许	允许	不允许
末梢区域	允许	允许	不允许	不允许
完全末梢区域	允许	不允许 *	不允许	不允许
NSSA	允许	允许	不允许	允许

OSPF常用查看命令

命令	功能
show ip route	查看路由表信息(直连/学习)
show ip route ospf	只查看 OSPF 学习到的路由
show ip protocol	查看 OSPF 协议配置信息
show ip ospf	查看 OSPF 是如何配置的以及 ABR 的信息
show ip ospf database	查看 LSDB 内的所有 LSA 数据信息
show ip ospf interface	查看接口上 OSPF 配置的信息
show ip ospf neighbor	查看 OSPF 邻居和邻接的状态
show ip ospf neighbor detail	查看 OSPF 邻居的详细信息(包括 DR/BDR )
debug ip ospf adj	查看路由器”邻接”的整个过程
debug ip ospf packet	查看每个 OSPF 数据包的信息
clear ip route	清空路由表

路由器对路由条目的选择

路由器只把最优的路由条目添加到路由表
选择路由条目的依据
管理距离
度量值

负载均衡的路由条目

末梢区域和完全末梢区域

满足以下条件的区域
只有一个默认路由作为其区域的出口
区域不能作为虚链路的穿越区域
```
Stub
```
区域里无自治系统边界路由器
```
ASBR
```
不是骨干区域
```
Area 0
```

末梢区域

LSA4、5、7

完全末梢区域

LSA3、4、5、7

OSPF高级配置

理解路由重分发

一个单一
```
IP
```
路由协议是管理网络中
```
IP
```
路由的首选方案
```
Cisco IOS
```
能执行多个路由协议，每一个路由协议和该路由协议所服务的网络属于同一个自治系统
```
Cisco IOS
```
使用路由重分发特性以交换由不同协议创建的路由信息

路由重分发的考虑

度量值（带宽）
管理距离

重分发到OSPF域中路由的路径类型

类型1的外部路径 (
```
Type 1 external path, E1
```
)
类型2的外部路径 (
```
Type 2 external path, E2
```
)

路由器A有两条到达外部目的网络10.1.2.0的路径

E1类型
路径
```
A-B-D
```
的代价是
```
25(20+5)
```
（优先）
路径
```
A-C-D
```
代价为
```
48(18+30)
```

E2类型

A-B-D

路径
```
A-C-D
```
的代价为
```
18
```
（优先）

路由重分发配置命令

redistribute protocol [metric metric-value] [metric-type type-value] [subnets]

NSSA区域

NSSA区域是OSPF RFC的补遗

定义了特殊的
```
LSA
```
类型
```
7
```
提供类似
```
stub area
```
和
```
totally stubby area
```
的优点
可以包含
```
ASBR
```

OSPF链路状态通告

```
LSA(NSSA EXternal LSA,NSSA外部LSA)
```

NSSA区域重分发路由类型

```
N1
```
、
```
N2
```
经过
```
NSSA
```
区域
```
ABR
```
后转换为
```
E1
```
、
```
E2
```
(
```
7
```
变成
```
5
```
)

配置NSSA区域命令

```
area area-id nssa [no-summary]
```

OSPF的路径类型

区域内路径
区域外路径
类型1的外部路径
类型2的外部路径

OSPF的路径类型的优先级

区域内路径：优先级
```
1
```
区域间路径：优先级
```
2
```
E1外部路径：优先级
```
3
```
E2外部路径：优先级
```
4
```
```
1
```
表示最高的优先级，
```
4
```
表示最低的优先级

OSPF虚链路

虚链路
值一条通过一个非骨干区域连接到骨干区域的链路

虚链路的目的

通过一个非骨干区域连接一个分段的骨干区域

配置虚链路的规则及特点

ABR

传送区域不能是一个末梢区域
虚链路的稳定性取决于其经过的区域的稳定性
虚链路有助于提供逻辑冗余

虚链路的配置命令

area area-id vrtual-link router-id

总结：

OSPF域中路由的路径类型

E1（N1）
E2（N2）

OSPF的四种路由类型

DR
BDR
ABR
ASBR

OSPF的五大区域

骨干区域
标准区域
末梢区域
存末梢区域
非存末梢区域

OSPF的五大数据包类型

hello
DBD
LSR
LSU(LSA)
LSACK

OSPF的六种LSA

路由器LSA
网络LSA
网络汇总LSA
ASBR汇总LSA
AS外部LSA
NSSA外部LSA

OSPF的七种状态

Down
init
2-Way
Exstart
Exchange
loading
ful

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